JP5214345B2

JP5214345B2 - レーザーリフロー方法および装置

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Publication number: JP5214345B2
Application number: JP2008164518A
Authority: JP
Inventors: 佳久角田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-06-24
Also published as: JP2010010196A

Description

本発明は、シリコン製のＩＣチップを含むＩＣパッケージが搭載された基板に対し、上記ＩＣパッケージの上方からレーザー光を照射することにより、上記ＩＣパッケージの下面と基板との間に配置された導電性の接合材を加熱して溶融させ、この接合材を介して上記ＩＣパッケージを基板に接合するレーザーリフロー方法および装置に関する。

上記レーザーリフロー装置の１種として、例えば下記特許文献１に開示されたレーザーリフロー装置が知られている。すなわち、当該文献に開示されたレーザーリフロー装置は、基板に向けてレーザー光を照射するレーザー出射光学部を備えており、このレーザー出射光学部から照射されたレーザー光がＱＦＰ（Quad Flat Package）からなるパッケージ部品のリード部に当てられることにより、このリード部に塗布されたハンダが加熱されて溶融し、これに伴い上記部品が基板に接合（ハンダ付け）されるようになっている。
特開平５−３４７４７６号公報

ところで、基板に搭載される部品の中には、シリコン製のＩＣチップを含んだＩＣパッケージと呼ばれる部品がある。このＩＣパッケージの基板上への搭載は、例えば、ＩＣパッケージの下面に多数のハンダボールをアレイ状に取り付け、基板上の各ランドにあらかじめ塗布されたペースト状のハンダ（クリームハンダ）の上に上記ハンダボールを載置するようにして行われる。したがって、このような手順で基板上に搭載されたＩＣパッケージを上記のような構成のレーザーリフロー装置を用いて基板に接合するには、上記ＩＣパッケージの上面にレーザー光を照射してＩＣパッケージを加熱することにより、その下面側に位置する上記ハンダボールやクリームハンダを間接的に加熱して溶融させる必要がある。

しかしながら、上記のようにレーザー光によりＩＣパッケージを加熱してその下面側に位置するハンダボール等を間接的に加熱するようにした場合には、上記レーザー光による熱エネルギーがハンダボール等に効率よく伝達されず、これらが溶融温度に達する（つまりハンダが溶融し始める）までに比較的長い時間がかかってしまうおそれがある。そして、このようにハンダを溶融させるのに長時間を要すると、直接レーザー光の照射を受ける上記ＩＣパッケージの温度が著しく上昇し、このＩＣパッケージに過大な熱応力等が加わってＩＣパッケージが損傷してしまうおそれがある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ＩＣパッケージの熱的な損傷を効果的に防止しつつ効率よくＩＣパッケージを基板に接合することが可能なレーザーリフロー方法および装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本願の請求項１にかかる本発明は、最上面に配置されたシリコン製のＩＣチップとその下面に配置されたインターポーザとを含むＩＣパッケージが搭載された基板に対し、上記ＩＣパッケージの上方からレーザー光を照射することにより、上記ＩＣパッケージの下面と基板との間に配置されたハンダボールを含む導電性の接合材を加熱して溶融させ、この接合材を介して上記ＩＣパッケージを基板に接合するレーザーリフロー方法であって、上記レーザー光として、１０６０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下の波長を有する近赤外線レーザーを用いることを特徴とするものである。

本発明によれば、シリコン製のＩＣチップを含むＩＣパッケージの上方から、シリコンを透過する性質のある約１０６０〜４０００ｎｍの波長の近赤外線レーザーを照射することにより、上記ＩＣパッケージの下面と基板との間に配置された導電性の接合材に上記レーザー光による熱エネルギーを効率よく伝達することができるため、上記接合材を比較的速やかに溶融温度まで加熱して溶融させることができ、ＩＣパッケージの接合に要する時間を効果的に短縮することができる。そして、このように短時間で接合材を溶融させ得ることから、上記接合材の温度が溶融温度まで達した時点で、その上のＩＣパッケージに過大な熱応力が加わることが回避され、当該ＩＣパッケージを熱的な損傷から効果的に保護しつつ、その接合をより効率よく行えるという利点がある。

このような作用効果は、本願の請求項２にかかる発明でも同様に得ることができる。すなわち、請求項２の発明は、最上面に配置されたシリコン製のＩＣチップとその下面に配置されたインターポーザとを含むＩＣパッケージが搭載された基板に対し、レーザー照射ヘッドから発せられたレーザー光を上記ＩＣパッケージの上方から照射することにより、上記ＩＣパッケージの下面と基板との間に配置されたハンダボールを含む導電性の接合材を加熱して溶融させ、この接合材を介して上記ＩＣパッケージを基板に接合するレーザーリフロー装置であって、上記レーザー照射ヘッドから照射されるレーザー光が、１０６０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下の波長を有する近赤外線レーザーであることを特徴とするものである。

上記レーザーリフロー装置において、好ましくは、上記レーザー照射ヘッドが、所定のレーザー光源から発せられた上記近赤外線レーザーを拡散させる拡散レンズを備える（請求項３）。

この構成によれば、上記ＩＣパッケージの上面の全域もしくはその一部の比較的広い範囲を近赤外線レーザーにより一度に照射することができるため、レーザー光源からのレーザー光をピンポイントで直接照射するようにした場合と異なり、ＩＣパッケージが局所的に急加熱されるといったことがなく、ＩＣパッケージに過大な熱応力が加わるのをより効果的に防止できるという利点がある。

以上説明したように、本発明によれば、ＩＣパッケージの熱的な損傷を効果的に防止しつつ、効率よくＩＣパッケージを基板に接合することができる。

図１〜図３は、本発明の一実施形態にかかるレーザーリフロー装置１を示す図である。これらの図に示されるレーザーリフロー装置１は、基台２と、この基台２上を搬送される基板Ｐに向けてレーザー光を照射する移動可能なヘッドユニット３０とを有しており、上記ヘッドユニット３０からのレーザー光が基板Ｐ上に搭載された部品に照射されることにより、後述するハンダボールＳ等を介して部品が基板Ｐに接合されるようになっている。

上記基台２上には、図１に示すように、基板Ｐを保持して所定方向に搬送するための一対のコンベア３が設けられている。なお以下では、このコンベア３の搬送方向をＸ軸方向、このＸ軸と水平面上で直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸およびＹ軸に直交する方向（つまり上下方向）をＺ軸方向として説明を進めることにする。

上記基台２上には、上記一対のコンベア３に対しＹ軸方向の両外側に位置してこのコンベア３と平行にＸ軸方向に延びる一対のガイドレール３３が配設されている。このガイドレール３３には、一対の脚部４３がＸ軸方向にスライド自在に嵌合しており、上記ヘッドユニット３０を支持するためのヘッド支持部材３２が、上記脚部４３の上端に取り付けられている。

上記脚部４３は、上記ガイドレール３３に沿ってＸ軸方向に移動可能に支持されており、所定の駆動機構によって上記脚部４３が同方向に駆動されるようになっている。なお、詳細な図示は省略するが、上記駆動機構は、上記脚部４３の下端部に内蔵された中空モータからなるＸ軸モータ１２（図５参照）と、このＸ軸モータ１２により回転駆動されるボールナットと、上記ガイドレール３３と平行に延びるように配設されて上記ボールナットと螺合するボールねじ軸等により構成される。そして、上記Ｘ軸モータ１２により回転駆動された上記ボールナットが上記ボールねじ軸に沿ってねじ送りされることにより、上記脚部４３が上記ボールナットと一体にＸ軸方向に移動するように構成されている。

上記ヘッド支持部材３２は、Ｘ軸方向の一方側に開口する凹部４５を有した断面視コ字状体からなり、上記一対の脚部４３の上端部どうしを橋渡すようにＹ軸方向に延設されている。また、このヘッド支持部材３２の凹部４５内には、図２に示すように、上記ヘッドユニット３０から突出するように設けられたスライダ３５が収納されている。

上記スライダ３５の上下面には、一対の突起３６が設けられており、この突起３６が、上記ヘッド支持部材３２の内壁に形成された一対のガイド溝３７とそれぞれ嵌合することにより、上記スライダ３５が上記ガイド溝３７に沿ってＹ軸方向に移動可能に支持されている。また、上記ヘッド支持部材３２の凹部４５内には、Ｙ軸方向に延びるボールねじ軸３８が配設されており、このボールねじ軸３８と螺合する図示を省略したボールナットが、上記スライダ３５の一部として設けられている。さらに、上記ボールねじ軸３８の一端部には、このボールねじ軸を回転駆動するためのサーボモータからなるＹ軸モータ１４（図５参照）が設けられており、このＹ軸モータ１４によって上記ボールねじ軸が回転駆動され、これと螺合した上記ボールナットがねじ送りされることにより、上記スライダ３５が上記ボールナットと一体にＹ軸方向に移動するように構成されている。

上記ヘッドユニット３０は、図２に示すように、上記スライダ３５が一面に固定されたベース部材４４と、このベース部材４４に沿って上下方向（Ｚ軸方向）に延びるように設置されたガイドレール４０と、上記ベース部材４４の上端部に取り付けられたサーボモータからなるＺ軸モータ４２と、このＺ軸モータ４２により回転駆動されるボールねじ軸４１と、これらの各部品を収納する箱型のケース体３１とを有している。

上記ガイドレール４０には、スライダ３９が上下方向（Ｚ軸方向）にスライド自在に嵌合しており、このスライダ３９の内部には、上記Ｚ軸モータ４２と螺合する図示を省略したボールナットが設けられている。そして、上記Ｚ軸モータ４２によって上記ボールねじ軸４１が回転駆動され、これと螺合した上記ボールナットがねじ送りされることにより、上記スライダ３９が上下方向（Ｚ軸方向）に移動するように構成されている。

また、上記スライダ３９にはレーザー照射ヘッド２０が取り付けられており、上記Ｚ軸モータ４２の作動に応じて、上記レーザー照射ヘッド２０が上記スライダ３９と一体に上下方向に移動するようになっている。

上記レーザー照射ヘッド２０には、例えば半導体レーザー発振器等からなるレーザー光源１０（図３参照）から延びる光ファイバーＦの先端が接続されており、上記レーザー光源１０から光ファイバーＦを通じて伝達されたレーザー光が、上記レーザー照射ヘッド２０から基板Ｐの上面に向けて照射されるようになっている。なお、図２に示すように、上記ヘッドユニット３０のケース体３１の下面部には、上記レーザー照射ヘッド２０から照射されたレーザー光の照射口となる開口部３１Ａが形成されている。また、詳細は後述するが、上記レーザー光としては、１０６０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下の波長を有する近赤外線レーザーが用いられる。

上記レーザー照射ヘッド２０は、図３に示すように、上記レーザー光源１０から発信されたレーザー光を所定の断面形状に絞るための円盤状のマスクホルダ６０と、このマスクホルダ６０を通過した収束性のあるレーザー光を拡散させるための拡散レンズ２１と、上記マスクホルダ６０を中心軸回りに回転駆動させる電動モータ２２とを備えている。

上記マスクホルダ６０は、図４に示すように、その中心軸上に配置された支軸６２を中心に回転可能に設けられた円盤状の板材からなり、その周方向各所には、複数種のマスク板６３が周状に並ぶように設けられている。各マスク板６３は、レーザー光を吸収する性質を有したカーボン材等によって構成されており、それぞれ異なる形状の透過孔６１Ａ〜６１Ｆを有している。そして、上記マスクホルダ６０が回転して、その６枚のマスク板６３のうちの１枚が、上記光ファイバーＦから照射されるレーザー光の光路上に選択的に配置されることにより、上記透過孔６１Ａ〜６１Ｆのいずれかに対応した形状に上記レーザー光が絞られて基板Ｐ上に照射されるようになっている。

具体的に、上記各透過孔６１Ａ〜６１Ｆのうち、透過孔６１Ａは、比較的大径の円形状に形成されており、その面積は、上記光ファイバーＦから照射されるレーザー光の断面積と略同一とされている。すなわち、上記透過孔６１Ａは、レーザー光をほとんど絞ることなく基板Ｐ上に照射したい場合に用いられる。一方、その他の透過孔６１Ｂ〜６１Ｆは、レーザー光を絞って所定の断面形状に変更してから照射したい場合に用いられる。例えば、透過孔６１Ｂは小サイズの円形に、透過孔６１Ｃは楕円形に、透過孔６１Ｄは長方形に、透過孔６１Ｅは正方形に、透過孔６１Ｆは中サイズの円形にそれぞれ形成されており、これら各透過孔６１Ｂ〜６１Ｆを用いることで、上記レーザー光の断面形状をそれぞれ異なる形状に変更できるようになっている。

図５は、レーザーリフロー装置１の制御系を示すブロック図である。本図に示すように、レーザーリフロー装置１には、周知のＣＰＵや各種メモリ等からなる制御ユニット５０が内蔵されており、この制御ユニット５０で実行される各種演算処理等に基づいて上記レーザーリフロー装置１の動作が統括的に制御されるようになっている。具体的に、上記制御ユニット５０には、レーザー照射ヘッド２０をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸にそれぞれ駆動するための各種モータ１２，１４，４２と、上記ヘッド２０のマスクホルダ６０を駆動するための電動モータ２２と、上記ヘッド２０にレーザー光を供給するためのレーザー光源１０とがそれぞれ電気的に接続されており、これら各部の動作が上記制御ユニット５０からの指令の下で個別かつ協働的に制御されるようになっている。なお、図５において、実線矢印は電気信号の授受を示すものであり、破線は機械的な連係があることを示している。また、図５では光ファイバーＦを太線によって表わしている。

以上のように構成された当実施形態のレーザーリフロー装置１において、接合の対象となる部品には、図２および図３に示されるＩＣパッケージ７０が含まれる。このＩＣパッケージ７０は、シリコンウェハをダイシングしてなるシリコン製のＩＣチップ７２と、このＩＣチップ７２が上面に搭載されたインターポーザ７４とを有している。なお、図例では、ＩＣチップ７２とインターポーザ７４とが略同一サイズとされたいわゆるＣＳＰ（Chip Size Package）と呼ばれる部品によりＩＣパッケージ７０が構成されている。また、図例では、インターポーザ７４の上面に一枚のＩＣチップ７２が搭載されているが、上記ＩＣパッケージ７０は、複数のＩＣチップ７２がインターポーザ７４の上面に積層されたスタックドＣＳＰであってもよい。

上記インターポーザ７４の下面には、図示を省略した多数の端子が設けられており、これら各端子には、ボール状に形成されたハンダ製のハンダボールＳがあらかじめ接合されてアレイ状に配置されている。一方、基板Ｐの上面には、図示を省略した多数の電極ランドが設けられており、これら各電極ランドの上面には、あらかじめ印刷処理またはディスペンス処理によって塗布されたクリームハンダＴ（ハンダ粉、フラックス、溶剤等からなるペースト状のハンダ）の層が形成されている。これらハンダボールＳおよびクリームハンダＴは、共に導電性を有する接合材として機能するものであり、レーザー光の照射により加熱されて溶融し、上記ＩＣパッケージ７０を電気的かつ物理的に接合する。すなわち、ＩＣパッケージ７０は、上記ハンダボールＳおよびクリームハンダＴからなる導電性の接合材を介して基板Ｐ上に搭載されており、この接合材が溶融して再凝固することにより基板Ｐ上に接合される。なお、このＩＣパッケージ７０の基板Ｐ上への搭載（表面実装処理）は、上記印刷処理またはディスペンス処理によりあらかじめクリームハンダＴが塗布された基板Ｐに対し、ハンダボールＳが下面に取り付けられたＩＣパッケージ７０を上から載置することにより行われる。

次に、このようにして基板Ｐ上に搭載されたＩＣパッケージ７０を基板Ｐ上に接合する際の具体的手順について説明する。まず、ヘッドユニット３０がＸ軸およびＹ軸方向に移動するとともに、このヘッドユニット３０のベース部材４４に対しレーザー照射ヘッド２０が上下方向（Ｚ軸方向）に移動することにより、図２および図３に示すように、ＩＣパッケージ７０の所定距離上方にレーザー照射ヘッド２０が位置決めされる。

また、これと前後して、上記レーザー照射ヘッド２０のマスクホルダ６０が回転駆動され、このマスクホルダ６０に備わる複数のマスク板６３（図４参照）のうちの１つが、上記光ファイバーＦの先端部の下方に選択的に配置される。そして、この状態でレーザー光源１０から発せられたレーザー光が、上記光ファイバーＦおよびマスク板６３を通じて下方に出射され、さらにその下方の拡散レンズ２１を通じて拡散された後に、上記基板Ｐ上のＩＣパッケージ７０に照射される。

なお、上記レーザー光の照射時におけるマスク板６３の選択は、接合の対象となるＩＣパッケージ７０のサイズや形状に応じて行われる。すなわち、図４に示した６つのマスク板６３のうち、上記ＩＣパッケージ７０のサイズや形状により適応した透過孔（６１Ａ〜６１Ｆのいずれか）を有したものを選択することにより、上記ＩＣパッケージ７０の上面の略領域にレーザー光が無駄なく照射されるようにする。なお、ＩＣパッケージ７０のサイズがかなり大きく、１回のレーザー光の照射でＩＣパッケージ７０の略全域にレーザー光を当てることができない場合には、複数回に分けて上記レーザー光の照射が行われる。

そして、上記のようにＩＣパッケージ７０の上面にレーザー光が照射されることにより、上記ＩＣパッケージ７０が加熱されるとともに、このＩＣパッケージ７０の下面と基板Ｐとの間に配置された上記ハンダボールＳおよびクリームハンダＴが間接的に加熱され、その加熱時間が所定時間に達して上記ハンダボールＳおよびクリームハンダＴがハンダの溶融温度まで昇温して溶融することにより、これらハンダボールＳ等を介して上記ＩＣパッケージ７０が基板Ｐに接合される。

ここで、上記レーザー光源１０からレーザー照射ヘッド２０を介して照射される上記レーザー光としては、１０６０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下の波長を有する近赤外線レーザーが用いられる。このような波長帯の近赤外線レーザーには、比較的高い透過率でシリコンを透過する性質があることが知られている。図６は、レーザー光の波長とシリコンに対する透過率との関係を示すグラフである。このグラフによると、約１０６０ｎｍよりも長波長側では、レーザー光の透過率は約０．５程度であるのに対し、これよりも短波長側では、透過率が急激に低下してゼロに近づいていく。また、長波長側では、少なくとも４０００ｎｍ程度の波長の範囲で、同レベルの透過率（透過率約０．５）が維持されている。

このことから、約１０６０ｎｍ〜４０００ｎｍの波長帯の近赤外線レーザーを、上記シリコン製のＩＣチップ７２を含んだＩＣパッケージ７０に対し上から照射すると、このＩＣパッケージ７０の下面と基板Ｐとの間に配置された上記ハンダボールＳおよびクリームハンダＴが、比較的短時間で溶融温度まで加熱されることになる。すなわち、上記のような波長帯の近赤外線レーザーは、比較的高い透過率でＩＣチップ７２を透過するため、このような近赤外線レーザーを用いることにより、そのレーザー光の大部分が上記シリコン製のＩＣチップ７２で吸収されることが回避され、この結果、上記ＩＣパッケージ７０の下面側に位置する上記ハンダボールＳ等が効率よく加熱されて溶融する。

以上説明したように、上記実施形態では、シリコン製のＩＣチップ７２を含むＩＣパッケージ７０が搭載された基板Ｐに対し、レーザー照射ヘッド２０から発せられたレーザー光を上記ＩＣパッケージ７０の上方から照射することにより、上記ＩＣパッケージ７０の下面と基板Ｐとの間に配置されたハンダボールＳおよびクリームハンダＴからなる導電性の接合材を加熱して溶融させ、この接合材（ハンダボールＳおよびクリームハンダＴ）を介して上記ＩＣパッケージ７０を基板Ｐに接合する際に、上記レーザー照射ヘッド２０から照射されるレーザー光として、波長が１０６０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下の近赤外線レーザーを用いるようにした。

この構成によれば、シリコン製のＩＣチップ７２を含むＩＣパッケージ７０の上方から、シリコンを透過する性質のある約１０６０〜４０００ｎｍの波長の近赤外線レーザーを照射することにより、上記ＩＣパッケージ７０の下面と基板Ｐとの間に配置されたハンダボールＳ等の接合材に上記レーザー光による熱エネルギーを効率よく伝達することができるため、上記接合材を比較的速やかに溶融温度まで加熱して溶融させることができ、ＩＣパッケージ７０の接合に要する時間を効果的に短縮できるという利点がある。

なお、ＩＣパッケージ７０が図３等に示した構造を有する上記実施形態の例において、上記ＩＣチップ７２を透過した近赤外線レーザーは、実際のところ、その大部分がインターポーザ７４に吸収されるため、上記ハンダボールＳおよびクリームハンダＴは、上記近赤外線レーザーを吸収して発熱する上記インターポーザ７４を介して間接的に加熱されることになるが、このような構成であっても、上記ＩＣチップ７２を透過しないレーザー光（例えば遠赤外線レーザー、可視光線レーザー、紫外線レーザー等）を用いた場合と比べれば、上記ＩＣチップ７２に吸収される熱エネルギーが大幅に減少する分、上記ハンダボールＳおよびクリームハンダＴへの伝熱効率を効果的に高めてその昇温速度を速めることができる。そして、このようにハンダボールＳ等からなる接合材を効率よく加熱できることから、この接合材を比較的短時間で溶融させることができ、ＩＣパッケージ７０の接合に要する時間、ひいては基板Ｐ全体のリフロー処理に要する時間を効果的に短縮できるという利点が得られる。

しかも、上記のように比較的短時間で接合材（ハンダボールＳおよびクリームハンダＴ）を溶融させ得ることから、上記接合材の温度が溶融温度に達した時点で、その上のＩＣパッケージ７０に過大な熱応力が加わることが回避され、当該ＩＣパッケージ７０を熱的な損傷から効果的に保護しつつ、その接合をより効率よく行えるという利点がある。

例えば、上記レーザー照射ヘッド２０から照射されるレーザー光として、上記近赤外線レーザー以外のレーザー光を用いた場合には、上記ハンダボールＳ等の接合材への伝熱効率が悪く、この接合材が溶融温度まで昇温するのに比較的長い時間を要するため、接合材が溶融温度に達した時点で、上記レーザー光の照射を直接受けるＩＣパッケージ７０の上面の温度が特に上昇し、当該上面の温度と、ＩＣパッケージ７０の下面の温度との間に比較的大きな温度差が生じてしまう。すると、このような大きな温度差に起因してＩＣパッケージ７０に過大な熱応力が加わり、当該ＩＣパッケージ７０に何らかの損傷が生じてしまうおそれがある。

これに対し、上記実施形態のように、シリコン製のＩＣチップ７２を透過可能な約１０６０〜４０００ｎｍの波長の近赤外線レーザーを用いた場合には、ＩＣパッケージ７０の下面と基板Ｐとの間に位置するハンダボールＳおよびクリームハンダＴからなる接合材を比較的短時間で溶融温度まで加熱できるため、過大な熱応力によりＩＣパッケージ７０が損傷するという上記のような事態を有効に回避しつつ、当該ＩＣパッケージ７０の接合をより効率よく行えるという利点がある。

さらに、上記実施形態では、所定のレーザー光源１０から発せられた収束性のある近赤外線レーザーを、上記レーザー照射ヘッド２０内の拡散レンズ２１により拡散させた後に上記ＩＣパッケージ７０に照射させるようにしたため、上記ＩＣパッケージ７０の上面の全域もしくはその一部の比較的広い範囲を近赤外線レーザーにより一度に照射することができる。したがって、レーザー光源１０からのレーザー光をピンポイントで直接照射するようにした場合と異なり、ＩＣパッケージ７０が局所的に急加熱されるといったことがなく、ＩＣパッケージ７０に過大な熱応力が加わるのをより効果的に防止できるという利点がある。

次に、上記実施形態のレーザーリフロー装置１を用いてＩＣパッケージ７０を接合した場合に、このＩＣパッケージ７０に生じる温度差の大きさを確認するために行った実験について説明する。

この実験では、図３等に示したような構造のＩＣパッケージ７０（いわゆるＣＳＰ）を接合の対象とし、このＩＣパッケージ７０に対し以下の２種類の近赤外線レーザーを照射することで接合を行った。

（条件１）
近赤外線レーザーの波長＝９００ｎｍ
（条件２）
近赤外線レーザーの波長＝１０６０ｎｍ
なお、これら条件１，２において、レーザー光の照射範囲は、ともにＩＣパッケージ７０の上面の略全域とした。

そして、このように波長の異なる近赤外線レーザーをＩＣパッケージ７０の上方からそれぞれ照射し、このＩＣパッケージ７０の下面と基板Ｐとの間に位置するハンダボールＳおよびクリームハンダＴを溶融温度（約２４５℃）まで昇温させ、その時点でのＩＣパッケージ７０の上面と下面の温度をそれぞれ測定することにより、これら各面の温度差を求めた。

その結果、近赤外線レーザーの波長が９００ｎｍである場合（条件１）の温度差は７０℃であったが、近赤外線レーザーの波長が１０６０ｎｍである場合（条件２）の温度差は３０℃であった。このように、近赤外線レーザーの波長を１０６０ｎｍとしたときの温度差（３０℃）が、波長が９００ｎｍであるときの温度差（７０℃）よりも格段に小さくなっていることから、ＩＣパッケージ７０を熱的な損傷から保護する上で、近赤外線レーザーの波長を約１０６０ｎｍに設定することがより有効であることが確認された。なお、レーザー光の波長とシリコンに対する透過率との関係（図６参照）から考えれば、このような傾向は、波長が４０００ｎｍ程度となった場合でも同様であると予想される。すなわち、ＩＣパッケージ７０に照射されるレーザー光として、約１０６０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下の波長を有する近赤外線レーザーを用いれば、ＩＣパッケージ７０を熱的な損傷から効果的に保護することが可能であると言える。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態で説明した内容に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態において、クリームハンダの代わりに、導電性接着剤を接合材として用いてもよい。この導電性接着剤は、接着を担う樹脂と、導電を担う金属（金属フィラー）等との混合物からなるものであり、上記クリームハンダに代えてこのような導電性接着剤を使用した場合でも、本発明の構成を好適に適用することができる。

ところで、上記実施形態に示したようなレーザーリフロー装置１は、当然ながら、ＩＣパッケージ７０の下面と基板Ｐとの間に配置された接合材を間接的に加熱して溶融するという本発明の接合方法に使用する以外にも、様々な使い方が可能である。例えば、ＱＦＰ（Quad Flat Package）と呼ばれる部品のように、パッケージの側面から外側に突出するリード部（ガルピン）を有する部品を基板Ｐに接合する場合には、上記レーザー照射ヘッド２０から照射された近赤外線レーザーを上記リード部に当てて、このリード部と基板Ｐとの間に位置するハンダを溶融させることにより、上記部品を基板Ｐに接合することができる。

また、上記実施形態では、ヘッドユニット３０の内部に、近赤外線レーザーを照射するレーザー照射ヘッド２０を１つだけ設けたが、複数のレーザー照射ヘッド２０をヘッドユニット３０内に設けることにより、部品の接合作業がより効率よく行われるように構成してもよい。

本発明の一実施形態にかかるレーザーリフロー装置の概略構成を示す斜視図である。上記レーザーリフロー装置に備わるヘッドユニットの具体的構成を示す側面断面図である。上記ヘッドユニットに備わるレーザー照射ヘッドの具体的構成を示す説明図である。上記レーザー照射ヘッドに備わるマスクホルダの具体的構成を示す平面図である。上記レーザーリフロー装置の制御系を示すブロック図である。レーザー光の波長とシリコンに対する透過率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１レーザーリフロー装置
１０レーザー光源
２０レーザー照射ヘッド
２１拡散レンズ
７０ＩＣパッケージ
７２ＩＣチップ
Ｐ基板
Ｓハンダボール（接合材）
Ｔクリームハンダ（接合材）

Claims

最上面に配置されたシリコン製のＩＣチップとその下面に配置されたインターポーザとを含むＩＣパッケージが搭載された基板に対し、上記ＩＣパッケージの上方からレーザー光を照射することにより、上記ＩＣパッケージの下面と基板との間に配置されたハンダボールを含む導電性の接合材を加熱して溶融させ、この接合材を介して上記ＩＣパッケージを基板に接合するレーザーリフロー方法であって、
上記レーザー光として、１０６０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下の波長を有する近赤外線レーザーを用いることを特徴とするレーザーリフロー方法。
最上面に配置されたシリコン製のＩＣチップとその下面に配置されたインターポーザとを含むＩＣパッケージが搭載された基板に対し、レーザー照射ヘッドから発せられたレーザー光を上記ＩＣパッケージの上方から照射することにより、上記ＩＣパッケージの下面と基板との間に配置されたハンダボールを含む導電性の接合材を加熱して溶融させ、この接合材を介して上記ＩＣパッケージを基板に接合するレーザーリフロー装置であって、
上記レーザー照射ヘッドから照射されるレーザー光が、１０６０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下の波長を有する近赤外線レーザーであることを特徴とするレーザーリフロー装置。
請求項２記載のレーザーリフロー装置において、
上記レーザー照射ヘッドが、所定のレーザー光源から発せられた上記近赤外線レーザーを拡散させる拡散レンズを備えたことを特徴とするレーザーリフロー装置。